PowerM I LL高速铣削加工技术在模具制造中的应用

高速切削技术在模具加工中的应用随着技术的不断进步和发展，高速切削作为一种非常先进的前沿技术已经在制造行业中得到了快速的发展和应用，并取得了不错的经济效益和社会价值。

本文首先简要介绍了高速切削技术的基本内涵，然后重点论述了高速切削的技术特点及其在模具加工中的应用，最后将高速切削与普通机加工及电火花加工进行了比较，并指出了当前高速切削技术存在的一些问题。

标签：高速切削；模具加工；高速加工一、引言德国物理学家Carl.J.Salomon于1931年4月提出了速切削理论，可以表述为：在常规切削速度范围内，切削温度随着切削速度的提高而升高，但切削速度提高到一定值后，切削温度不但不升高反会降低，且该切削速度值与工件材料的种类有关。

之后高速切削技术的发展经历了高速切削理论的探索、应用探索、初步应用和较成熟应用等四个阶段，现已在生产中得到了一定的推广应用。

一般我们所说的高速切削技术主要是指由机床结构及材料、机床设计制造技术、高速主轴系统、快进系统、高性能刀具材料及刀具设计制造系统、高性能刀夹系统、高效高精度测量测试技术、高速切削机理和高速切削工艺等诸多相关硬件与软件技术所构成的综合系统。

高速切削的主要目标之一是通过高生产率来降低生产成本，主要针对精加工工序，常常是用于加工淬硬模具钢。

二、高速切削的技术特点及其在模具加工中的应用高速切削的技术特点高速切削技术主要有以下几个技术特点：首先是能够大幅度地提高生产效率，这主要是由于高速切削技术极大地减少了加工过程中的机动时间和辅助时间，并且在自动化程度方面也有所提高，因而生产效率能够得到提升。

其次是可以获得很高的加工精度，一方面是由于高速切削可以减少至少30%以上的切削力，可以最大限度地减少工件变形；另一方面加工过程中产生的切削热往往来不及传递给工件，也可以将热变形控制在最小范围内。

最后是可以降低加工能耗和节约制造资源，由于单位功率的金属切除率高、能耗低以及工件的在制时间短，从而提高了能源和设备的利用率，降低了切削加工在制造系统资源总量中的比例。

高速切削加工技术在模具制造中的应用作者：孔宇来源：《科教导刊·电子版》2017年第06期摘要高速切削加工技术是一种不同传统加工方式的一种新式高新技术。

高速切削技术在诸如汽车制造、模具制造、航空航天航海工业等行业中受到广泛的应用，成为了现代制造行业技术中重要的组成和技术，同时带来了相当的经济效益和制造效益。

关键词高速切削加工技术模具制造应用优势中图分类号：TG506 文献标识码：A1高速切削加工技术在模具制造中的应用优势高速切削技术相比于传统的切削加工技术具有高效率、高精度、高质量的特点，在对工件进行加工时，机床主轴的转速快，因此对工件的切削进给的速度更高、切削量更小、单位时间内切除量更大。

基于高速切削加工技术的诸多优势，随着科技的发展和社会的建设需要，模具制造业在现代各行各业应用的范围和层次也越来越广，致使于和模具相关的技术也得到了很大的进步和扩展，很多的模具制造生产厂家都逐渐引进了高速机床，淘汰了传统的电火花机床，可见高速切削加工技术在模具生产中的不断应用已逐渐成为工业制造的大趋势。

2高速切削加工技术在模具制造中的应用方法常见的模具生产和制造均可以运用高速切削加工技术进行生产加工，例如在汽车制造的方面，利用高速切削技术加工汽车发动机的箱体、气缸盖等，以及常见的吹塑模、锻模、压铸模、注塑的加工制造都逐渐采用高速切削加工方式，不仅节省了制作时间和人力物力，更是提升了制造的模具的质量，可见高速切削加工技术在制造模具中凸显的生产优势。

从模具制造的方面看，传统的模具制造的加工技术生产效率不高，切削技术不够高效，致使切削加工的产品的表面粗糙，质量不够高，而对于一些硬度大加工难度的高的模具更是难以达到生产目标，而新式的高速切削加工技术可以有效的解决这些难题，对于比较的复杂的模具加工都可完成产品表面的加工要求，在切削时能极大降低切削时受到的阻抗力，对加工工序的完成情况有很大改善，故在模具制造的生产中采用高速切削加工技术可简化工序过程、减少机床和刀具的投资和维护费用、提升生产经济效益。

高速切削加工技术在模具制造中的应用简析摘要：在模具制造加工中运用高速切削技术，可以有效的提高加工速度、质量与零配件的精度，因此将高速切削技术应用于模具制造加工中有着非常重要的意义，高速切削技术也发挥出了非常显著的效果。

关键词：高速切削；技术；特点；模具制造1高速切削加工技术概述近年来我国模具制造行业发展较快，模具制造的精度、质量都有了很大提升。

由于模具质量直接关系到产品质量，更关系到我国的技术发展水平，更为先进的高速切削加工技术被引入到模具制造加工中。

1.1高速切削技术的发展在20世纪80年代，首先就是在航空领域，飞机制造业往往需要的零配件更要求精准和质量，这一技术的诞生对飞机制造业的发展带来了不可估量的积极作用。

后来在一些模具制造业也开始崭露头角，尤其是在模具制造中，只有有合格的模具，才可以在保证加工质量的前提下缩短生产时间。

高速切削技术的诞生将这些问题全都解决了。

高速切削技术结合了精加工、干硬切削加工，这一创造性的技术极大地缩短了模具的生产时间，提高了生产销率，从而也保障了经济收益[1]。

1.2高速切削加工技术的特点高速切削技术与传统意义上的切削技术相比，其高速度高效率的特点是一个无法超越的事实，也由于它具有这一特点，使得在做切削加工时不易让薄一些的零部件受到损害，从而达到保障质量的功效。

1.2.1生产高效率高速切削技术本身自带高速度这一无法抹掉的特点，也是由于这一特点，让它保障了生产上的高效率。

在该技术中，其主轴的旋转速度和进给速度在配件还没来得及做出反应的情况下就已经完成了加工，减少了资源的浪费，让模具制造业实现了一次过的梦想。

1.2.2加工质量高高速切削技术的高效率的特点，让高速切削技术在具体应用中，还保证了高质量的特点。

由于它可以实现一次过，所以减少了切削技术在制造复杂零件或是薄软零件时的横向切削力，可以保障一些精准部位实现不变形的效果，很大程度上提升了模具制造业中零件质量和耐磨性。

后侧围本体是某公司某新车型里除仪表板以外最大的内饰件（塑料制品），此件型面复杂，安装卡扣多，焊接孔多，型面高差大，型面高差大于150mm。

英国Delcam 公司的PowerShape（造型包）、PowerMill（加工包）是面向工模具制造的专业软件，易学易用，全中文界面具有良好的数据交换接口，除支持工业界的标准格式（包括IGES、后侧围本体某公司某新车型里除仪表板以外最大的内饰件（塑料制品），此件型面复杂，安装卡扣多，焊接孔多，型面高差大，型面高差大于150mm。

英Delcam公司的PowerShape（造型包）、PowerMill（加工包）是面向工模具制造的专业软件，易学易用，全中文界面具有良好的数据交换接口，除支持工业界的标准格式（包括IGES、STEP、VDA、DWG、DXF、STL、PARASOLID等）外，还可直读UG、PRO/E的PRT文件，CATIA的MODEL文件及I-DEAS、CAADS4-5、SOLIDEDGE、SOLIDWORKS等软件的原始文件。

后侧围本体原始数据为CatiaV5R9的prt格式。

我们通过CatiaV5R9将其换名存为MODEL文件格式。

样在PowerShape里将其直接读入，避免了因通过第三方数据格式转换而造成数据丢失。

在PowerShape里根据模具设计意图，建立用户坐标系，采用实体和曲面混合造型将分型面。

外侧精定位面和斜抽芯面及顶杆孔位全部做出。

将动模定模顶杆孔斜抽镶块等分置于不同的层以方便检查和校核尺寸。

并在此作出动定模对刀基准。

动模如图1、2所示。

因动模模芯四周为6°精锁面，且模芯顶面距动模模框顶面高差为200mm，模架为我公司在模架厂订购的标准模架，模芯四角已作出R32。

为了最大限度的避免跳刀和空刀，特考虑在PowerShape里将模芯外形边界做出，导入PowerMill里，生成边界。

在定义加工毛坯时以边界定义。

这样在粗加工时刀具将不会加工外侧6°精锁面及四角R32。

数控加工设备与高性能刀具的发展使高速加工技术日趋成熟，极大地提高了模具加工速度。

作为模具加工的重要手段，高速铣削成为近年来兴起的一种先进加工技术。

高速加工采用高转速、快进给、小切深和小步距提高加工效率，出发点是在高速低负荷状态下的切削。

高速主要是主轴高速、进给高速和空行程高速。

低负荷意味着可减小切削力，从而减少切削过程中的振动和变形。

使用合适的刀具，在高速状态下可切削高硬质的材料。

大部分切削热通过切屑带走，从而减少甚至避免了零件的热变形。

因此高速切削具有切削力小、加工过程平稳、加工质量好、效率高和可实现对硬材料(<60HRC)以及零件精细结构的加工等诸多优点。

高速切削对数控自动编程软件提出了更高的要求：1)保持机床的运动连续、平滑从而保证刀具负荷的稳定，避免刀具过载；2)生成的刀具路径连续，尽量减少进退刀，换向尽量采用圆弧过渡的方式，保证刀具运动轨迹的光滑，避免走刀方向和加速度的突然变化，保持稳定的进给运动；3)全程自动防过切处理能力及自动刀柄碰撞检查；4)能提供符合高速加工要求的丰富加工策略。

PowerMILL集成了基于知识、基于工艺特征的多种独有加工方式以及全程防过切、适用于高速加工等功能，可对模具的整个制造过程提供一个理想的解决方案，是一款智能化的高速加工C A M软件。

以下结合加工实例，介绍PowerMILL的加工编程过程以及模具高速加工策略和方法。

一、P o w e r M I L L加工编程步骤1.载入模型PowerMILL可利用PowerSHAPE直接造型或通过PS-Exchange模块读入多种常用主流C A D文件，充分利用各种软件的优势，从而大大提高编程的效率和质量。

2.参数设定(1)坐标系的设定建立加工坐标系一般根据以下原则：一般取工作坐标系为加工坐标系；坐标原点要定在有利于测量和快速准确对刀的位置；根据机床坐标系和零件在机床上的位置确定加工坐标轴的方向。

为了符合加工习惯，利用摆正器将零件上表面中心作为坐标系原点摆放工件，Z方向也可根据情况设置在工件的最高处或最低处。

高速加工技术及其在模具制造中的应用高速加工技术及其在模具制造中的应用摘要在介绍高速加工的基本概念的基础上，分析了高速加工技术在模具制造中的应用前景。

总结了面向高速加工的数控编程基本原则和高速加工技术对数控编程系统的要求。

介绍了现有数控编程软件中采用的面向高速加工的工艺措施。

关键词高速加工模具制造数控编程１引言２０世纪３０年代，德国科学家Salomon 通过对不同材料进行切削试验，发现了一个有趣的现象：随着切削速度的增加，切削温度随之增加，单位切削力也随之增加，而当削速度增加到一定临界值时，如再增加，切削温度和切削力反而急剧下降。

由此，提出了高速加工的概念，所谓高速加工就是指切削速度高于临界速度的切削加工。

对不同的切削材料和不同的切削方式来说，高速切削定义的切削速度的范围也不同，对于铣削铝、镁合金，切削速度大于１０００ｍ／ｍｉｎ可称为高速加工，而对于加工铸铁或钢，切削速度大于３０５ｍ／ｍｉｎ就可以称为高速加工了。

随着技术的发展，高速加工的概念也在不断变化，一般而言，高速铣削除了具有高的切削速度和主轴转速外，还应具有高的进给速度。

如一般精铣加工可达到５０００～１５０００ｍｍ／ｍｉｎ快速进给可达到２００００～６００００ｍｍ／ｍｉｎ。

与常规切削加工相比，高速加工有如下一些优点，①由于采用高的切削速度和高的进给速度，高速加工能在单位时间内切除更多的金属材料，因而切削效率高；②在高速加工的时候，可以采用较少的步距，达到提高零件表面质量的目的，采用高速加工技术，可以使得零件表面达到磨削的效果；③由于高速加工时切削力大大降低、大部分切削热被切屑带走，因而工件的变形大大减少；④高的切削速度意味着高的主轴转速，机床运转激励的振动频率能大大高于工艺系统的固有频率，因而使机床和工艺系统的振动小，工作平稳，这也有利于提高被加工零件的精度和表面质量；⑤由于高速加工时，切削温度较低，单位切削力较小，因而刀具的耐用度能得到提高。

高速切削加工技术在模具加工中的应用近年来，在欧美等发达国家，高速切削加工技术得到了越来越广泛的应用。

以模具加工为例，大量的高速切削机床正在逐步取代电加工设备，对模具型腔进行高效的精密加工。

目前，在国内的模具制造加工，主要还是以普通机加工和电火花加工为主。

工艺繁琐、效率低、周期长，在当今市场上产品更新换代日益加快的趋势下显得愈来愈力不从心。

高速切削技术以其高速、高质、能直接加工淬硬钢的特点，在缩短模具制造周期并降低成本方面有着很光明的应用前景。

高速切削技术可以追溯到20世纪30年代德国CarlSalomon博士提出的高速切削理论。

与传统切削相比，高速切削具有更高的切削速度和加工效率；并且加工后的表面质量高，可直接加工硬度达50－60HRC的淬硬材料以实现“以切代磨”。

对比传统模具加工中的电火花加工，高速切削节省了电极设计加工的过程，加工精度显著提高，大幅度减少甚至取消了钳工的抛光量与打磨配研量，加工效率得到大幅度的提高。

有统计证明：对于复杂程度一般的模具，高速切削至少可减少40％的加工周期甚至更多。

即使对于一些形状特别复杂(例如带有深槽、窄缝)的模具型腔面，仍需要采用电火花加工，高速铣削也可帮助获得更高质量的电加工石墨电极。

高速切削中模具表面粗糙度的研究表面粗糙度是模具表面质量中一个很重要的指标，高速切削对表面粗糙度的影响可以通过实验来完成，实验条件：切削材料为模具钢3Cr2Mo，刀具材料为SG4陶瓷，刀具直径100mm，主偏角75°，轴向前角和径向前角都为0°，单刃。

实验通过改变切削速度、进给速度、轴向和径向切削深度来观察对表面粗糙度的影响。

实验结果可以看出：随着切削速度的提高，粗糙度呈减小趋势。

在速度达到1000mm/min时，表面粗糙度达到最小值，完全达到磨削的效果。

在高速切削过程中，由于切削速度的增加使得刀具与工件的接触挤压时间缩短，工件的塑性变形减少。

高的切削速度也不利于积屑瘤的形成，因此能获得较好的表面质量。